本文選題：Starimand型旋風分離器 + 流場的穩(wěn)流��； 參考：《青島科技大學》2015年碩士論文

【摘要】：本文采用大渦模擬的方法對Starimand型旋風分離器的強旋氣固流場進行數(shù)值模擬,針對氣相流場存在的紊亂渦流、“擺尾”、“返混”等影響分離性能狀況,從結(jié)構(gòu)方面提出改進措施,對傳統(tǒng)型分離器增設(shè)穩(wěn)流柱和防返混錐,以改善其流場、穩(wěn)定渦流擾動。為驗證增設(shè)穩(wěn)流柱和防返混錐的穩(wěn)流效果,采用數(shù)值模擬和實驗研究的方式對研究對象分類別比較。分別從渦流矢量圖、流場速度、壓降、湍動能耗散、液體示蹤對比、質(zhì)點壓力動態(tài)脈動測試等幾個方面重點研究。通過考察增設(shè)內(nèi)構(gòu)件后對旋風流場的變化規(guī)律,為微米以及亞微米級顆粒捕獲和旋風除塵器性能的優(yōu)化提供參考,并對旋風分離器三維流場的研究提供流體力學理論依據(jù)。所做的主要研究工作有：(1)利用數(shù)學建模軟件gambit2.20構(gòu)造幾何模型,對模型使用流體力學軟件FLUENT6.2計算,具體計算方法采用大渦模擬的數(shù)值方法。分析了Starimand型旋風分離器和增設(shè)內(nèi)構(gòu)件的旋風分離器的三維速度場分布,壓力場分布和湍動能耗散分布情況。結(jié)果表明：在相同的操作條件下進氣風速為15m/s時,增設(shè)內(nèi)構(gòu)件后切向速度的軸對稱性比較好,最大切向速度雖然降低,但分離區(qū)壁面的分離速度并未降低,能達到較好的分離效果。渦流速度矢量圖中顯示：穩(wěn)流柱穩(wěn)流、導流作用良好,降低了內(nèi)旋流與外旋流交匯處,渦流紊亂的狀況,規(guī)整了渦核尾端的“擺尾”現(xiàn)象。防返混錐的使用有效降低了灰倉內(nèi)的湍動程度,大大減少了灰斗返氣量。增設(shè)內(nèi)構(gòu)件后,湍動耗散能大幅度降低,在旋風分離器中部湍動耗散能最大降幅為77%。(2)在氣相流場的基礎(chǔ)上,通過對外旋流進行液體示蹤試驗發(fā)現(xiàn)增設(shè)穩(wěn)流柱后,下行軸向速度衰減程度小,渦核尾端有足夠能量向下延伸,減少了下錐體附近“擺尾”現(xiàn)象的發(fā)生,有效的減少了內(nèi)旋流和外旋流的相互擾動,降低了湍動能量的耗散。安裝導流件后,流體在旋風分離器內(nèi)旋轉(zhuǎn)圈數(shù)明顯增多,有利于提高分離效率。(3)在相同的試驗操作條件下,對比分離器使用導流件前后,質(zhì)點動態(tài)壓力變化、壓降、總分離效率、顆粒分級效率等性能指標,結(jié)果表明,增設(shè)內(nèi)構(gòu)件,對于碳粉(D50=44.65微米)和粉煤灰(D50=23.30μm)顆粒的分離總分離效率提高了5%-7%,其中1-5μm粉煤灰(D50=23.30μm)顆粒平均分離效率提高了10%左右,2μm顆粒的分級效率甚至達到了75%。雖然總壓降略有提高,但是旋風分離內(nèi)部動態(tài)壓力變化趨勢平穩(wěn)。表明增設(shè)穩(wěn)流柱后,降低了強旋渦流間的擾動,使內(nèi)旋流依托穩(wěn)流柱上升,降低了下錐體附近渦流“擺尾”程度,防返混錐的應(yīng)用有效降低了灰倉內(nèi)的“返混”,大大提高了旋風分離器的分離性能。
[Abstract]:In this paper, a large eddy simulation method is used to simulate the strong swirling flow field of the Starimand cyclone separator. In order to improve the flow of the traditional type separation device, the current flow field of the cyclone, the "tail" and "back mixing" influence the separation performance. The improvement measures are put forward from the structure, and the steady flow column and the anti return cones are added to the traditional type separation device in order to improve its flow. In order to verify the steady flow effect of adding the steady flow column and the anti return cones, the numerical simulation and experimental research are used to compare the classification of the research objects. The research on the eddy current vector diagram, the flow velocity, the pressure drop, the turbulent kinetic energy dissipation, the liquid tracing comparison and the dynamic pulsation test of the pressure force are studied. In order to provide reference for the optimization of the cyclone flow field after adding internal components, it provides a reference for the optimization of the micrometer and submicron particle capture and cyclone performance, and provides the theoretical basis for the study of the three-dimensional flow field of the cyclone separator. The main research work is as follows: (1) using the mathematical modeling software gambit2.20 to construct the geometric model, The model is calculated by the fluid mechanics software FLUENT6.2. The numerical method of large eddy simulation is used in the calculation method. The three-dimensional velocity field distribution, pressure field distribution and turbulent kinetic energy dissipation distribution of the Starimand cyclone separator and the cyclone separator with additional internal components are analyzed. The results show that the air flow velocity under the same operating conditions is shown. In the case of 15m/s, the axial symmetry of the shear velocity is better and the maximum tangential velocity is lower, but the separation speed of the wall surface is not reduced, and the separation efficiency is not reduced. The eddy velocity vector diagram shows that the steady flow of the steady flow column is good, the flow of the inner swirl and the outer swirl flow is reduced, and the eddy current is disorganized. The use of the anti return cones effectively reduces the turbulence level in the ash bin and greatly reduces the volume of the air return. After adding the internal components, the turbulent dissipation energy is greatly reduced and the maximum turbulent dissipation energy of the turbulent flow is 77%. (2) in the middle of the cyclone separator, on the basis of the gas phase flow field, through the external swirling flow. After the liquid tracer test, it is found that the downward axial velocity attenuation degree is small and the tail end of the vortex core has enough energy to extend down, reducing the occurrence of "pendulum tail" in the vicinity of the lower cone, reducing the interaction between the internal swirl and the outer swirling flow and reducing the dissipation of the turbulent energy. The number of rotating rings in the separator increased significantly. (3) under the same operating conditions, the dynamic pressure change, pressure drop, total separation efficiency and particle classification efficiency were used before and after the diversion of the separator, and the results showed that the internal components were added to the carbon powder (D50=44.65 micron) and fly ash (D50=23.30). The total separation efficiency of the particle separation was increased by 5%-7%, and the average separation efficiency of 1-5 u m fly ash (D50=23.30 mu m) particles increased by about 10%. The classification efficiency of 2 micron m particles was even reached to 75%., although the total pressure drop was slightly improved, but the trend of dynamic pressure in the cyclone separation was stable. The disturbance in the flow makes the internal swirl depend on the steady flow column and reduce the "tail" of the vortex near the lower cone. The application of the anti return cones effectively reduces the "back mixing" in the ash bin, and greatly improves the separation performance of the cyclone separator.
【學位授予單位】：青島科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TQ051.8

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本文編號：1978805